CN106285858B - 排气流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排气流装置。提供了用于混合器的方法和系统。在一个示例中，混合器可以包括沿着排气管道在空间上被彼此分开的多个突出物。

Description

排气流装置

技术领域

本发明大体涉及用于混合装置的系统。

背景技术

一种用于发动机排气后处理的技术利用选择性催化还原(SCR)使某些化学反应在排气中的NOx与氨(NH₃)之间发生。通过将尿素喷射到排气路径中以将NH3引入到SCR催化剂上游的动机排气系统内。尿素在高温状况下熵分解为NH₃。SCR促进NH3与NOx之间的反应以将NOx转换为氮气(N₂)和水H₂O)。然而，在将尿素喷射到排气路径中后会出现问题。在一个示例中，尿素可能被不良地混合到排气流内(例如，排气流的第一部分具有比排气流的第二部分更高的尿素浓度)，这会导致SCR的不良的覆盖和排放物(例如，NOx)与SCR之间的不良反应性。

解决不良混合的尝试包括在尿素喷射器的下游并且在SCR的上游引入混合装置，使得排气流可以是均匀的。Collinot等人在U.S.20110036082中示出了一种示例方法。在其中，排气混合器被引入到排气路径，以减小排气流过混合器时的排气背压并且增加排气均匀性。排气混合器包含可以操纵排气流在0至30°的角度范围内流动的一个或更多个螺旋面。

然而，发明人在此已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，Collinot介绍的混合器具有相对长的主体，并且可以额外地包含彼此相邻的一个或更多个混合器主体。由于道路状况或湍流的排气流，混合器主体会振动并且彼此碰撞，这会产生不期望的听得见的声音和/或使混合器过早地退化。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以通过一种排气混合器来解决，所述排气混合器包含最上游的第一区段，其后连续跟随第二、第三和第四区段。第一和第三区段均具有多个泪珠形状的突出物。第二和第四区段均具有与第一和第三区段的突出物在径向上不对齐的多个泪珠形状的突出物。以此方式，通过利用流的更加正态/二项分布实现改善的混合是可能的，所述流动的更加正态/二项分布存在流动能够在其处获得不同路径的多个点，类似于高尔顿盒或五点形装置。

作为一个示例，具有连续的第一、第二、第三和第四区段的混合器可以被用来增加排气的均匀性。若干部分可以彼此互补，使得当排气流通过混合器的每个部分时，排气流被改变。第一、第二、第三和第四区段可以被物理地耦连至混合器管，但是不被物理地耦连至彼此。以此方式，混合器能够是紧凑的，这可以增加混合器稳定性，以及允许混合器被放置在更多数量的位置中。此外，由于其紧凑的性质，混合器可以产生由于排气湍流造成的更低的听得见的声音。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围被随附的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1图示了发动机的示例汽缸。

图2图示了混合器。

图3图示了排气混合器的第一区段的正视图。图3和4被图示为具有相同的取向，使得附图示出突出物相对于竖直轴线的相对定位。

图4图示了排气混合器的第三区段的正视图。

图5图示了排气管道中的混合器的等距视图。

图2-5近似地按比例示出。

图6图示了流过排气管道中的排气混合器的侧视图的示例排气流。

图7图示了包括在微粒过滤器下游的混合器的实施例。

图8图示了具有在尿素喷射器下游的混合器的实施例。

图9图示了描绘在气体传感器上游的混合器的实施例。

具体实施方式

以下描述涉及用于车辆的排气管道中的混合器的系统和方法。车辆包含如在图1中示出的能够经由燃烧推进车辆的发动机。燃烧的产物是排气，排气包含各种成分。而且在图1示出，各种传感器、执行器和处理装置被用来测量排气或与排气相互作用。为了获得排气的成分的准确测量，希望增加排气的均匀性。在图2中描绘的混合器能够干扰排气流，使得排气的均匀性被增加。在图3中示出了排气混合器的第一区段的正视图。在图4中示出了排气混合器的第二区段的正视图。关于图5示出了排气管道中的混合器的横截面。关于图6示出了通过混合器的排气流的一个示例。然而，可以存在其他示例流。混合器可以分别位于微粒过滤器的下游、尿素喷射器下游和选择性催化还原(SCR)的上游、以及排气传感器的上游，如在图7、8和9中示出的。

应认识到，图2、3、4和5近似地按比例绘制，但是如果需要的话，可以使用其他相对尺寸。

继续图1，示出了示出发动机系统100中的多缸发动机10的一个汽缸的示意图，发动机系统可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统以及通过经由输入装置130来自车辆操作者132的输入而被控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30可以包括由汽缸壁32形成的汽缸，活塞36被设置在其中。活塞36可以被耦连至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦连至车辆的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可以经由飞轮耦连至曲轴40，以实现发动机10的起动运转。

燃烧室30可以经由进气道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气道48可以经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些示例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在该示例中，进气门52和排气门54可以经由各自的凸轮驱动系统51和53通过凸轮驱动来控制。凸轮驱动系统51和53均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12运转以改变气门运转的凸轮轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在替代示例中，进气门52和/或排气门54可以由电气门驱动来控制。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电动气门驱动控制的进气门和经由包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气门。

燃料喷射器69被示为直接耦连至燃烧室30，以便与自控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进其中。以此方式，燃料喷射器69提供到燃烧室30内的所谓的燃料直接喷射。例如，燃料喷射器可以被安装在燃烧室的侧面或在燃烧室的顶部。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可以可替代地或额外地包括以如下构造布置在进气歧管44中的燃料喷射器，所述构造提供了到燃烧室30上游的进气道的所谓的燃料进气道喷射。

火花经由火花塞66提供给燃烧室30。点火系统可以进一步包含用于增加供应给火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在诸如柴油机的其他示例中，火花塞66可以被省略。

进气道42可以包括具有节流板64的节气门62。在该具体示例中，节流板64的位置可以通过控制器12经由提供给节气门62所包含的电动马达或执行器的信号而被改变，该电动马达或执行器为一种通常称为电子节气门控制(ETC)的配置。以此方式，节气门62可以被运转以改变提供给燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号提供给控制器12。进气道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气质量传感器122，用于感测进入发动机10的空气量。

排气传感器126被示为耦连至根据排气流方向在排放控制装置70上游的排气道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是被配置为提供与排气中存在的氧气量成比例的输出的UEGO，输出诸如为电压信号。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转换为排气空燃比。

排放控制装置70被示为沿着排气传感器126和混合器69两者下游的排气道48布置。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、选择性催化还原剂(SCR)、各种其他排放控制装置或其组合。在一些示例中，在发动机10的运转期间，排放控制装置70可以通过使发动机的至少一个汽缸在特定空燃比内运转而被周期性地重置。

混合器68被示为在排放控制装置70的上游并且在排气传感器126的下游。在一些实施例中，额外地或可替代地，第二排气传感器可以位于混合器68与排放控制装置70之间。混合器68包含在排气道48中沿着排气流方向串联的多个区段，例如两个或更多个区段并且在一个示例中正好四个区段。混合器68可以干扰排气流，使得当排气流过混合器68时，排气混合物的均匀性被增加。混合器68将会在下面进一步详细地被描述。

排气再循环(EGR)系统140可以经由EGR通道152将期望的一部分排气从排气道48送至进气歧管44。提供给进气歧管44的EGR量可以由控制器12经由EGR阀144改变。在一些情况下，EGR系统140可以被用来调节燃烧室内的空气-燃料混合物的温度，因此提供一种在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。

控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理单元102、输入/输出端口104、在这个具体示例中作为只读存储器芯片106(例如，非临时性存储器)示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存取器110和数据总线。控制器12可以接收来自耦连至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量计(MAF)的测量；来自耦连至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118(或其他类型)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；以及来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)信号。发动机转速信号可以由控制器12从曲轴位置传感器118产生。歧管压力信号还提供进气歧管44内的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，诸如有MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在发动机运转期间，发动机扭矩可以根据MAP传感器122的输出和发动机转速来推测。另外，该传感器连同所检测的发动机转速可以是用于估计被吸入汽缸内的充气(包括空气)的基础。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118可以在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间距脉冲。

存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的用于实现以下所述方法以及预期但没有具体列出的其他变体的非临时性指令。

控制器12从图1的各种传感器接收信号，并且采用图1的各种执行器以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机运转。

图1描绘了包含混合器的示例系统。混合器包含四个级(例如，区段)。第一级和第三级在尺寸和形状方面基本相同。第一级和第三级包含多个突出物，其中具有中心突出物和六个外部突出物，并且六个外部突出物从中心突出物径向地移位。中心和外部突出物经由支撑件被耦连至彼此。六个外部突出物经由支腿被耦连至外混合器管。第二级位于第一级与第三级之间，而与第二级相同的第四级位于第三级的下游。第二和第四级包含与第一和第三级的突出物径向不对齐的四个突出物。以此方式，混合器的级是交错的，使得与流过没有混合器的排气管道的排气相比，流过混合器的排气具有增加的混合可能性。混合器将会在下面更详细地进行描述。上述混合器的额外的示例细节的详细描述在图2、3、4和5中进行图示。

现在转向图2，系统200包含被物理地耦连至排气管道204中的混合器管202的混合器201。混合器201包含在排气管道204中沿着排气流方向串联的四个级。混合器201可以基本类似于混合器68，并且可以在关于图1描绘的实施例中被用作混合器68。

混合器201可以是单个加工件。混合器201可以包含陶瓷材料、金属合金、硅衍生物、或能够抵抗高温同时还减轻排气流所经历的摩擦使得排气压力被维持的其他合适材料中的一种或更多种。额外地或可替代地，混合器201可以包括一种或更多种涂层和材料，使得排气可以接触混合器201的表面，而不在混合器201上沉积碳烟。

混合器201包含第一外混合器部件206(例如，第一级)、第一内混合器部件208(例如，第二级)、第二内混合器部件210(例如，第三级)和第二外混合器部件212(例如，第四级)。第二级208被设置在第一级206与第三级210之间。第三级210被设置在第二级208与第四级212之间。因此，第二级208和第三级210在空间上被第一级206和第四级212夹在中间。第一级206与第三级210在尺寸、形状、关于排气流的中心纵向轴线的取向和功能方面基本相同。第二级208与第四级212在尺寸、形状、关于排气流的中心纵向轴线的取向和功能方面基本相同。在一个示例中，第一级206、第二级208、第三级210和第四级212包含多个相同的泪珠形状的突出物。在其他示例中，更少的级可以被使用，和/或每级可以具有不同形状的突出物。

第一级206、第二级208、第三级210和第四级212分别经由支撑件214、216、218和220被固定到由较粗的线表示的混合器管202。第一级206、第二级208、第三级210和第四级212都沿着排气流的方向彼此分开，其中每级之间的距离是相等的。例如，第一级206与第二级208之间的距离等于第二级208与第三级210之间的距离。混合器管202的整个圆周被物理地耦连到由较细的线表示的排气管道204(例如，排气管道48)的一部分，并且与排气管道204的该部分共面接触。外管202被密闭地密封到排气管道204，使得气体和流体两者都不能在外管202与排气管道204之间经过。外管202可以经由粘合剂密封到排气管道204或强制滑入排气管道。

支撑件214、216、218和220被用来将第一级206、第二级208、第三级210和第四级212保持在适当位置，使得排气流不改变第一级206、第二级208、第三级210和第四级212的位置和/或取向。因此，在一个示例中，混合器201是静止的，并且其部件不致动或旋转。

第一级206包含支撑件214、中心突出物222和外部突出物224。如所描绘的，第一级206包含仅六个外部突出物224和仅一个中心突出物222，但是在替代性实施例中，可以提供更多或更少的突出物。外部突出物224在径向上以对称方式从中心突出物222移位。以此方式，中心突出物222与外部突出物224中的任一个之间的距离是一致的。尽管第一级206被描绘为具有两个支撑件214，但是外部突出物224中的每一个均可以包含将外部突出物224物理地耦连至混合器管202的支撑件。以此方式，第一级206可以包含六个支撑件214。本领域技术人员应认识到，第一级206可以包含另一合适数量的支撑件(例如，多于或少于六个)，使得第一级206保持在适当位置。

第一级206进一步包含物理地耦连相邻的外部突出物224的外支腿228。每个外部突出物224具有将外部突出物224物理地耦连至相邻的外部突出物224的基本相等长度的两个外支腿228。第一级206还包含内支腿230。内支腿230被物理地耦连至中心突出物222和外部突出物224。因此，中心突出物被物理地耦连至六个内支腿230，而外部突出物224中的每一个均被物理地耦连至内支腿230中的仅一个。

在该示例中，中心突出物222和外部突出物224是泪珠形状的。突出物(例如，中心突出物222和外部突出物224)可以具有平坦基部或开口基部。中心突出物222的顶端(例如，尖端)面向与排气流方向相反的方向，并且与中心混合器轴线226直接对齐。中心突出物222的直径从中心突出物222的顶端增加直至中心突出物222的直径到达最大直径。中心突出物222的直径在最大直径之后开始减小，使得中心突出物222是泪珠形状的，其中在排气流的方向上凹曲率之后是凸曲率。中心突出物222被描绘为被密闭地封闭，仅中心突出物222的外表面与排气流接触。然而，在一些实施例中，中心突出物222可以包含背对排气流的方向的圆形开口(参见图6)。以此方式，中心突出物222包含沿中心突出物的基部处的面向第二级232的开口。中心突出物222可以是中空的或被填充的。中心突出物222和外部突出物224在尺寸和形状方面基本相等。

例如，突出物(例如，中心突出物222和/或外部突出物224)包含顶端和直径，其中直径从顶端增加直至它到达最大直径。直径从最大直径减小直至它到达突出物的基部。突出物的基部是平坦底的，并且可以是封闭的。基部还可以是通向突出物的中空内部的圆形开口。

沿着第一级206的竖直轴线的横截面是六边形的。如在上面描述的，外部突出物224从中心突出物222相等地间隔开。因此，类似于六边形，第一级206是旋转对称的。外部突出物224还从混合器管202相等地间隔开，使得每个外部突出物224的支撑件214在长度方面基本上相等。

排气可以在接触或不接触外部突出物224和/或中心突出物222的情况下流过外部突出物224与混合器管202之间的外空间(例如，靠近支撑件214的位置)。排气还可以在接触或不接触外部突出物224和/或中心突出物222的情况下流过外部突出物224中的每个之间的中间空间(例如，靠近外支腿228的位置)。最后，排气可以在接触或不接触外部突出物224和/或中心突出物222的情况下流过外部突出物224与中心突出物222之间的内空间(例如，靠近内支腿230的位置)。

排气流过排气管道204并且到达混合器201，其中排气可以首先与第一级206相互作用。排气可以在流过上述的外空间、中间空间和内空间中的一个或更多个之前接触中心突出物222和外部突出物224中的一个或更多个。排气接触中心突出物222或外部突出物224会使其排气流被改变，使得流过排气管道204的排气的均匀性被增加。通过混合器201的示例排气流将会关于图6进行描述。

排气在流过第一级206之后流向第二级208。第二级208包含在尺寸和形状两方面与中心突出物222和外部突出物224基本相同的突出物232。如所描绘的，第二级208包含与中心突出物222和外部突出物224不对齐的四个突出物232，其中在该示例中，突出物在径向上不对齐(比较图3和4)。突出物232位于中心突出物222与外部突出物224之间的中间空间的正下游。突出物232从中心轴线226相等地间隔开。以此方式，流过中间空间的排气具有接触突出物232的增加的可能性，其中流方向会被进一步干扰。

沿着第二级208的竖直轴线的横截面是矩形形状的，其中突出物232位于矩形的每个角落处。第二级208进一步包含将突出物232中一个连接至相邻的突出物232的第二级支腿234。例如，第一角落处的突出物232经由第二级支腿234被连接至相邻角落处的突出物232，使得第二级208类似矩形，如将会关于图4描述的。

如在上面描述的，第二级208包含第二级支撑件216，其将第二级208保持在如在上面描述的第一级206的正下游的适当位置。第二级208被描绘为具有四个第二级支撑件216，其中突出物232中的每个均被物理地耦连至第二级支撑件216中的至少一个。因此，突出物232中的每一个均经由第二级支撑件216中的至少一个被耦连至混合器管202。

流过排气管道204的排气可以经由突出物232与混合器管202之间的空间流过第二级208，或它可以流过突出物232之间的空间。排气还可以在流过突出物232与混合器管202之间的空间或流过突出物232之间的空间之前接触突出物232。以此方式，排气可以被进一步干扰(例如，被第一级206和第二级208干扰)，以便混合排气的各种成分以增加排气的均匀性。

流过第二级208的排气直接流向第三级210。第三级210在尺寸、形状和功能方面与第一级206相同。第三级210的中心突出物236的顶端与中心混合器轴线226对齐，在第一级206的中心突出物222的顶端的正下游，并且与第一级206的中心突出物222的顶端对齐。因此，中心突出物236沿着中心轴线226在中心突出物222的下游。第三级210的外部突出物238位于第一级206的外部突出物224下游，并且与第一级206的外部突出物224对齐。以此方式，在混合器201的正视图中，第一级206遮挡第三级210，其中第一级206的中心突出物222遮挡第三级210的中心突出物236，并且第一级206的外部突出物224遮挡第三级210的外部突出物238。因此，第二级208也与第三级210在径向上不对齐。由于径向上不对齐，因此流过第二级208的排气具有接触第三级210的突出物(例如，中心突出物236和外部突出物238)增加的的可能性。

第三级210包含与第一级206的外支腿228基本相同的第三级外支腿240。第三级外支腿240仅被物理地耦连至外部突出物238。第三级210进一步包含与第一级206的内支腿230基本相同的第三级内支腿242。第三级内支腿242被物理地耦连至中心突出物236和外部突出物238两者。第三级210的第三级支撑件218与第一级206的支撑件214基本相同，并且将外部突出物238物理地耦连至混合器管202。

流过第三级210的排气流向第四级212。第四级212在尺寸、形状和功能方面与第二级208基本相同。因此，第四级212与第一级206和第三级210在径向上不对齐。在混合器201的正视图中，第四级212的突出物244被第二级208的突出物232遮挡，并且第四级212的第四级支腿246也被遮挡。

以此方式，混合器201以从最上游到最下游的顺序包含第一级206、第二级208、第三级210和第四级212。第二级208与第一级206在径向上不对齐。第三级210与第二级208在径向上不对齐，而与第一级206在径向上对齐。第四级212与第一级206和第三级210在径向上不对齐，而与第二级208在径向上对齐。如在上面描述的，第一级206与第三级210在尺寸、形状和取向方面基本相同(例如，第一级206与第三级210沿着排气管道204的中心轴线226对齐)。第二级208与第四级212在尺寸、形状和取向方面基本相同。

图2描绘了包含四个区段的混合器，所述四个区段被连续地布置，具有基本相同的第一和第三区段以及基本相同的第二和第四区段。图3描绘了混合器的第一区段的正视图。

现在转向图3，示出了混合器(例如，混合器201)的第一级(例如，第一级206)的正视图300。为了简便起见，在图3中描绘的与图2中的部件类似的部件可以被类似地编号。此外，如在上面描述的，第三级210与第一级206基本相同。因此，第一级206的正视图300中的结构描述也可以应用于第三级210。

第一级206包含中心突出物222以及如上所述从中心突出物222相等地间隔开的多个外部突出物224。外部突出物224被物理地耦连至内支腿230的第一端，并且中心突出物222被物理地耦连至内支腿230的第二端。如所描绘的，单个内支腿230位于中心突出物222与单个外部突出物224之间。每个内支腿230是线性的，并且长度基本相等。如所描绘的，从中心突出物222开始，内支腿230成角度地彼此间隔60度。

外部突出物224被进一步耦连至外支腿228。外支腿228被物理地耦连至相邻的外部突出物224。中心突出物222和两个内支腿230与对应的外部突出物224和外支腿228的组合包含三角形横截面。第一级206包含六边形横截面。

支撑件214位于混合器管202与外部突出物224之间。支撑件214与内支腿230平行。支撑件214在第一端处被物理地耦连至外部突出物224，并且在第二端处被物理地耦连至混合器管202。以此方式，支撑件214将第一级206耦连至混合器管202，并且因此将第一级206保持在定位的位置中(例如，取向和位置相对于混合器201的其他级保持不变)。

如在上面描述的，第一级206位于第二级208、第三级210和第四级212的上游。第二级208、第三级210和第四级212已经从正视图300省略。然而，如果第二级208、第三级210和第四级212被包括，那么第二级208将会被示出在中心突出物222与外部突出物224之间的空间中。第三级210将会被第一级206遮挡。第四级212将会被第二级208遮挡。

图3描绘了排气混合器的第一级的正视图。图4描绘了排气混合器的第二级的正视图。

现在转向图4，示出了混合器201的第二级(例如，第二级208)的正视图400。为了简便起见，在图4中描绘的类似于图2中的部件的部件也可以被类似地编号。此外，如在上面描述的，第四级(例如，第四级212)与第二级208基本相同。因此，第二级208的正视图400的结构描述也可以应用于第四级212。

第二级208包含突出物232。如所描绘的，突出物232被布置在第二级208中，使得第二级208的横截面是类似矩形的。在一些实施例中，第二级208的横截面可以是正方形的。突出物232与第一级206的突出物(例如，中心突出物222和外部突出物224)相同。如在上面描述的，第二级208的突出物232位于第一级206的外部突出物224与中心突出物222之间的空间的下游(例如，内支腿230的下游)。此外，突出物232与第一级206的突出物(例如，中心突出物222和外部突出物224)在径向上不对齐。以此方式，接触第一级206的突出物的排气具有接触第二级208的突出物232的增加的可能性。

第二级支腿234位于突出物232中的每个之间。单个支腿234在第一端处被耦连至第一突出物232，并且在第二端处被耦连至相邻的突出物232。第二级支腿234的数量等于突出物232的数量。第二级支腿234是线性的，并且长度基本一致。第二级支腿234均匀地分开90°。

第二级支撑件216在突出物232与混合器管202之间。第二级支撑件216在第一端处被物理地耦连至混合器管202，并且在第二端处被物理地耦连至单个突出物232。第二级支撑件216的数量等于第二级208中的突出物232的数量。第二级支撑件216将第二级208保持在适当位置，使得第二级208的取向和位置保持恒定。

如在上面描述的，第二级208位于第三级210和第四级212的上游。第一级206、第三级210和第四级212已经从正视图400省略。然而，如果第一级206、第三级210和第四级212被包括，那么第一级206将会在第二级208的上游，并且第二级208将会被示出在第一级206的中心突出物222与外部突出物224之间的空间中。第三级210将会被第一级206遮挡。第四级212将会被第二级208遮挡。

图4描绘了混合器的第二级的正视图。图5描绘了与混合器相互作用的排气的示例流动。混合器包含在排气道中沿着排气流方向串联的四个区段。第一和第三区段包括相应的中心突出物和外部突出物，并且其中第二和第四区段包括与第一和第三区段的中心突出物和外部突出物在径向上不对齐的多个突出物。

现在转向图5，系统500描绘了位于排气管道504内的混合器502。在一个实施例中，系统500的混合器502可以基本上类似于图2的混合器201和/或图1的混合器68。为了清楚起见，混合器管(例如，图2的混合器管202)已经被省略。

混合器502包含第一区段506、第二区段508、第三区段510和第四区段512。第一区段506与第三区段510基本相同。第二区段508与第四区段512基本相同。第一区段506、第二区段508、第三区段510和第四区段512可以分别与图2的第一区段206、第二区段208、第三区段210和第四区段212基本相同。第一区段506是混合器502的最上游区段，其后连续跟随第二区段508、第三区段510和第四区段512。

第一区段506和第三区段510均具有中心突出物，所述中心突出物在空间上由尺寸和形状与中心突出物相同的外部突出物环绕。突出物是凸起并且逆着排气流的上游方向指向。沿着图5设置的箭头指示排气管道504中的排气流的方向。

第二区段508和第四区段512均具有与第一区段506和第三区段510的突出物在径向上不对齐的突出物。第二区段508和第四区段512的突出物在形状和尺寸上与第一区段506和第三区段510的突出物相同。

第一区段和第三区段的中心突出物的顶端在中心轴线501上对齐。中心轴线501沿着排气管道504的中心设置。中心轴线501行进通过第二区段508和第四区段512的突出物之间的空间。

第一区段506、第二区段508、第三区段510和第四区段512彼此被充分地分开，但是都被耦连通过混合器502被固定在其中的管(例如，图2的混合器管202)。混合器502在第一区段506、第二区段508、第三区段510和第四区段512中的每个之间包含自由空间。自由空间不包含其他混合器元件，并且被空的空间占据。第一区段506、第二区段508、第三区段510和第四区段512与中心纵向轴线501对齐，并且关于中心纵向轴线501旋转对称。

箭头指示流过排气管道504的排气流的大致方向。如所描绘的，混合器502的若干部分是交错的，类似于高尔顿盒。例如，流过第一区段506的开口的排气具有与第二区段508的表面相互作用的增加的可能性。一般来说，第一区段506、第二区段508、第三区段510和第四区段512的位置和取向降低了排气不在排气管道504中进行混合的可能性。

图5描绘了位于排气管道内的整个排气混合器。图6描绘了与混合器相互作用排气的示例流动。混合器可以与高尔顿盒类似地操纵排气流。

现在转向图6，系统600描绘了朝向排气混合器604引导排气的排气管道602。系统600本质上是图示性的，并且表示通过排气混合器604的一种示例排气流。本领域技术人员应认识到，通过混合器的其他排气流可以基于发动机负荷、排气温度等来实现。例如，当排气温度增加时，通过混合器502的混合可以由于排气流的增加速度而被增加。

在一个实施例中，系统600的排气混合器604可以基本上类似于关于图2的混合器201和/或类似于关于图1的混合器68。图6是混合器604的侧视图，并且描绘了混合器604及其部件的结构的轮廓。如图所示，混合器604具有错综复杂的横截面剖面，以便增加排气流中的化合物的混合。虚线601表示排气管道602的中心，其图示性地将排气管道602的上半部分603A与下半部分603B分开。

排气管道602(例如，排气道48)包含排气混合器604。如上所述，排气混合器604经由混合器管606被物理地耦连至排气管道602。排气管道602容纳整个排气混合器604和混合器管606。

流过排气管道602的排气包含各种化合物。如在图6中描绘的，第一化合物由实线箭头进行表示，第二化合物由大虚线箭头进行表示，并且第三化合物由小虚线箭头进行表示。排气中的各种化合物可以包括氧气、CO₂、碳烟、燃料、尿素、氮等中的一种或更多种。因此，比三种化合物更多数量的化合物流过排气管道602是可能的。化合物和排气流的方向由箭头来指示。

混合器604上游的排气是不均匀的。排气的三种描绘的成分在流过混合器604之前是分开的。在到达排气混合器604时，排气与排气混合器604的第一部分608相互作用。排气在流向第二部分610之前与第一部分608的各部件相互作用并且穿过第一部分608的各部件。

第二部分610也与排气相互作用，并且允许排气流过其各间隙(例如，空间)，以便向下游流向第三部分612。第三部分612与第一外部部分608基本相同地与排气相互作用。排气在向下游流向第四部分614之前流入并且绕过第三部分612。第四部分614以与第二部分610基本相同的方式与排气相互作用。排气在流向位于混合器604下游的各种器械之前流入并且绕过第四部分614。图7、8和9描绘了位于混合器604下游的各种器械的实施例。关于混合器604的特定部件通过混合器604的排气流的示例将会在下面进行描述。

在排气开始流入混合器604时，第一化合物可以流入第一顶部突出物616，第二化合物可以流入第一中心突出物618，并且第三化合物可以流入第一底部突出物620。第一化合物的流动方向被第一顶部突出物616改变，以朝向空间622引导第一化合物的一部分并且朝向空间624引导第一化合物的其余部分。空间622位于混合器管606与第一顶部突出物616之间。空间624位于第一顶部突出物616与第一中心突出物618之间。

流过空间622的排气还可以与混合器管606碰撞，以在流向第二部分610的空间634之前进一步改变排气的流动方向。流过空间624的排气在朝向第二部分610的第二顶部突出物630流动之前流经第一部分608，并且流入上半部分603A中的排气混合器604的第一部分608与第二部分610之间的空间。

第二化合物的流动方向被第一中心突出物618改变，以朝向空间624引导第二化合物的一部分并且朝向空间626引导第二化合物的其余部分。空间626位于第一中心突出物618与第一底部突出物620之间。朝向空间624流动的第二化合物可以在流向排气混合器604的第一部分608与第二部分610之间的空间之前与第一化合物混合。第一和第二化合物的混合物可以朝向第二部分610的第二顶部突出物630流动。流向空间626的第二化合物在朝向第二部分610的第二底部突出物632流动之前流过第一部分608，并且流入下半部分603B中的第一部分608与第二部分610之间的空间。

第三化合物的流动方向被第一底部突出物620改变，以朝向空间626引导第三化合物的一部分并且朝向空间628引导第三化合物的其余部分。空间628位于混合器604的下半部分603B中的第一底部突出物620与混合器管606之间。朝向空间626流动的第三化合物可以在流向下半部分603B中的排气混合器604的第一部分608与第二部分610之间的空间之前与第二化合物混合。第二和第三化合物的混合物可以朝向第二部分610的第二底部突出物632流动。流向空间628的第三化合物与混合器管606碰撞，以在流向第二部分610的空间638之前进一步改变排气的流动方向。

流过混合器604的排气如在上面描述的那样与第一部分608相互作用，并且流向第二部分610。第一部分608被设计为使得与第一部分608的突出物相互作用的排气具有与第二部分610的突出物相互作用的增加的可能性。

流入第二部分610的排气具有比流入第一部分608的排气更大的均匀性。因此，流过空间624的第一化合物和第二化合物的混合物流入第二顶部突出物630。第二顶部突出物630改变第一化合物和第二化合物的混合物的方向，使得一部分朝向空间634流动并且其余部分流向空间636。空间634位于排气管道602的上半部分603A中的第二顶部突出物630与混合器管606之间。空间636位于第二顶部突出物630与第二底部突出物632之间(即，位于第一中心突出物618的正下游)。流向空间634的排气可以与来自空间622的排气(例如，第一化合物)混合，以进一步混合排气并且干扰排气流的方向。

流过空间626的第二化合物和第三化合物的混合物流入第二底部突出物632。第二底部突出物632改变第二化合物和第三化合物的混合物的方向，使得一部分朝向空间636流动并且其余部分朝向空间638流动。空间638位于排气管道602的下半部分603B中的第二底部突出物632与混合器管606之间(即，位于第一底部突出物620的正下游)。流向空间638的排气可以与来自空间628的排气混合，以进一步混合排气并且干扰排气流。

由第二底部突出物632引导到空间636的排气可以与由第二顶部突出物630引导到空间636的排气混合。以此方式，空间636包含在流过排气混合器之前最初分开的第一、第二和第三化合物的混合物。

流过空间634、636和638的排气远离第二部分610并且朝向第三部分612流动。第三部分612与第一部分608基本相同，并且以基本相同的方式改变排气流。第三部分612包含第三顶部突出物640、第三中心突出物642和第三底部突出物644，所述第三顶部突出物640、第三中心突出物642和第三底部突出物644分别基本上类似于第一顶部突出物616、第一中心突出物618和第一底部突出物620。第三部分612的空间646、648、650和652分别类似于第一部分608的空间622、624、626和628。

空间634中的第一和第二化合物朝向突出物640或空间646流动。空间636中的第一、第二和第三化合物朝向突出物642流动，其中第一、第二和第三化合物被引导到空间648或空间650。空间638中的第二和第三化合物朝向突出物644或空间652流动。因此，空间648和空间650中的排气包含第一、第二和第三化合物。空间646和空间652中的排气分别包含第一和第二化合物以及第二和第三化合物。

流过空间646、648、650、652的排气远离第三部分612并且朝向第四部分614流动。第四部分614与第二部分610基本相同，并且以基本相同的方式改变排气流。第四部分614包含第四顶部突出物654和第四底部突出物656，所述第四顶部突出物654和第四底部突出物656分别与第二部分610的第二顶部突出物630和第二底部突出物632基本相同。第四部分614进一步包含空间658、660和662，所述空间658、660和662与第二部分610的空间634、636和638基本相同。

空间646中的第一和第二化合物朝向空间658流动。空间648中的第一、第二和第三化合物朝向第四顶部突出物654流动，其中第一、第二和第三化合物可以被引导到空间658或空间660。空间650中的第一、第二和第三化合物朝向第四底部突出物656流动，其中第一、第二和第三化合物可以被引导到空间660或空间662。空间652中的第二和第三化合物朝向空间662流动。以此方式，空间658、660和662中的每个均包含第一、第二和第三化合物。因此，流过混合器604的排气的均匀性从第一部分608、到第二部分610、到第三部分612以及到第四部分614不断增加。

以此方式，混合器604经由四个部分干扰流过排气管道602的排气，使得排气的各区段彼此抵触，以便增加排气的均匀性(例如，混合)。

在一个实施例中，额外地或可替代地，具有第一部分608、第二部分610、第三部分612和第四部分614的混合器604可以以基本上类似于高尔顿盒的方式调整排气流。在一个示例中，通过混合器604的流可以朝向排气管道602的中心引导大部分排气成分/化合物(例如，排气成分沿着排气管道的分布可以类似于混合器604下游的正态/二项分布)。由于增加了使不同的成分一起沿着排气管道602的中心部分流动的可能性，因此增加了排气混合物的混合。

图6图示了通过混合器的示例排气流。图7、8和9描绘了用于为了增加排气流的均匀性而被设置的混合器的各种实施例和/或位置。

现在转向图7，系统700描绘了在微粒过滤器702下游并且在碳烟传感器708上游的混合器706的实施例。碳烟传感器708可以向控制器(例如，图1的控制器12)发送信号，以便相应地更改各种发动机执行器。例如，如果碳烟传感器检测到碳烟水平大于阈值碳烟水平，那么控制器12可以减少车辆的扭矩输出使得碳烟排放被减少。在一个实施例中，混合器706等同于在关于图1描绘的实施例中被使用的混合器68。

微粒过滤器702在混合器706的上游。因此，相比于流过如上所述的混合器(例如，混合器706)的排气，由微粒过滤器702接收的排气流可以越来越均匀。微粒过滤器702将排气释放到混合器706上游的微粒过滤器出口锥体704内。流入混合器706的排气经历与关于图6描述的混合基本上类似的混合。相比于混合器706上游的排气，混合器706下游的排气越来越均匀。排气流通过碳烟传感器708进行分析，以便确定流过微粒过滤器702的碳烟量。由于碳烟传感器的位置，仅一部分排气流可以被分析。均匀性的增加提高了碳烟传感器708读数的准确性。

现在转向图8，系统800描绘了具有尿素喷射器804的排气管道802。尿素喷射器804在混合器806的上游。混合器806在选择性催化还原(SCR)808的上游。以此方式，尿素可以与排气混合，使得排气/尿素混合物比它不流过混合器806更均匀。通过增加尿素到排气内的混合，SCR 808的尿素覆盖的表面可以在一致性方面增加，并且由此提高效率。系统800可以被用于关于图1描绘的实施例中。在这样的示例中，混合器806基本上等同于混合器68，并且尿素喷射器804位于气体传感器126的下游和混合器68的上游。SCR 808等同于排放控制装置70或位于排放控制装置70内。

现在转向图9，系统900描绘了被流体地耦连至排气管道904的发动机902。发动机902可以基本上类似于图1的发动机10。在燃烧之后，发动机902将排气排到排气管道904内。排气在到达混合器906之前流过排气管道904。在流向混合器下游的气体传感器908之前，排气在混合器906中进行混合。气体传感器908可以与图1的气体传感器126基本相同。以此方式，由于均匀性的增加，气体传感器908可以用于准确地测量排气。例如，如果气体传感器908是UEGO传感器，那么相比于通过UEGO传感器测量的未混合的排气的空燃比，可以测量更准确的空燃比。

以此方式，紧凑的、易于制造的混合器可以位于各种排气系统部件的上游，以便增加传感器读数的准确性或改善排气后处理装置的功效。通过使混合器的第一部件、第二部件和第三部件交错并且使级中的每个的穿孔和间隙与彼此互补，增加了混合排气的可能性。此外，通过分开地制造每个部件，增加了混合器的坚固性，使得当排气流经混合器的部件时，部件不振动和/或嘎嘎作响。以此方式，混合器可以比包含更长部件的其他混合器更安静。将排气混合器放置在排气管道中的技术效果是改善排气混合物均匀性，使得混合器下游的部件可以增加功能性。

虽然示例被示为具有四个级，但是可以仅使用单个级。另外，在一个示例中，可以使用仅两个级，诸如仅图3和4的组合。而且注意，附图图示了列出的各种部件的相对定位。被示为被直接耦连至彼此而其之间没有任何其他部件的部件可以被称为直接耦连。另外，彼此远离地间隔开的部件可以被设置为使得在其之间仅有孔隙而在其之间没有其他部件。

图1-9示出了具有各种部件的相对定位的示例构造。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦连，那么此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦连。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻近或相邻的元件可以分别是彼此邻近或相邻的。作为一示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，被设置为彼此分开、在其之间仅有空间而没有其他部件的元件可以被如此称谓。

一种排气混合器，其包含最上游的第一区段，所述最上游的第一区段之后连续跟随第二、第三和第四区段。第一和第三区段均具有多个泪珠形状的突出物，并且第二和第四区段均具有与第一和第三区段的突出物径向上不对齐的多个泪珠形状的突出物。额外地或可替代地，第一和第三区段的多个泪珠形状的突出物包括中心突出物和从中心突出物径向移位的外部突出物。外部突出物从中心突出物被相等地移位。第一和第三区段是旋转对称的，并且进一步包含六边形横截面。第二和第四区段的多个泪珠形状的突出物包括从排气混合器的中心轴线相等地间隔开的四个突出物。

排气混合器进一步包含旋转对称的第二和第四区段，并且进一步包含矩形横截面。第一和第三区段的突出物与第二和第四区段的突出物基本相同。泪珠形状的突出物包含顶端和环形开口基部。突出物进一步包含位于顶端与基部之间的最大直径。

一种混合器，其包含六边形横截面的第一和第三区段，其中所述第一和第三区段均包含在空间上由六个外部突出物环绕的中心突出物。额外地或可替代地，混合器进一步包含矩形横截面的第二和第四区段，第二和第四区段均包含四个突出物。第一区段是最上游的区段，其后跟随第二、第三和第四区段。第一、第二、第三和第四区段的突出物是基本相同的。额外地或可替代地，突出物包含顶端和直径，其中直径从顶端增加直至它到达最大直径，并且其中直径从最大直径减小直至它到达突出物的基部。突出物的基部是平坦底的且封闭的。基部是通向突出物的中空内部的环形开口。

混合器进一步包含，其中第二区段的突出物位于第一区段的中心突出物与外部突出物之间的空间的正下游，并且第四区段的突出物位于第三区段的中心突出物与外部突出物之间的空间的正下游。额外地或可替代地，突出物是凸起并且逆着排气流的上游方向指向。混合器进一步包含混合器管，所述混合器管在空间上环绕混合器并且经由支撑件被物理地耦连至混合器的每个级，并且其中第一、第二、第三和第四区段不与混合器管直接接触。

一种发动机排气系统，其包含具有四个部分的混合器管。第一部分和第三部分包含从中心突出物径向地间隔开的多个外部突出物。第二部分和第四部分包含与第一和第三区段的的中心突出物和多个外部突出物在径向上不对齐的多个突出物。第一部分、第二部分、第三部分和第四部分彼此被间隔开，并且经由支撑件被耦连至混合器管。混合器管经由四个部分干扰流过排气管道的排气，使得排气的各种区段彼此碰撞。

一种排气系统，其包含具有排气管的发动机和在排气管中的混合器。混合器包括与排气流平行的第一组上游的泪珠形状的突出物以及与排气流并行的、与上游的突出物不对齐的第二组下游的泪珠形状的突出物。泪珠形状的突出物具有面向下游的圆形基部开口和面向上游的尖端。

注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以通过包括控制器的控制系统结合各种传感器、执行器和其他发动机硬件实现。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不是实现本文中所描述的示例实施例的特征和优点必须需要的，而是为了便于图示和说明而提供。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码，其中所描述的动作通过配合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令而得以实现。

应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造以及其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这类权利要求应当被理解为包括一个或更多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改现有权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (18)

1.一种排气混合器，其包含：

最上游的第一区段，其后连续跟随第二区段、第三区段和第四区段；

所述第一区段和第三区段均具有多个泪珠形状的突出物；以及

所述第二区段和第四区段均具有与所述第一区段和第三区段的所述突出物不对齐的多个泪珠形状的突出物；

其中所述泪珠形状的突出物包含尖的顶端和圆形开口基部。

2.根据权利要求1所述的排气混合器，其中所述第一区段和第三区段的所述多个泪珠形状的突出物包括中心突出物和从所述中心突出物径向移位的多个外部突出物。

3.根据权利要求2所述的排气混合器，其中所述多个外部突出物从所述中心突出物被相等地移位。

4.根据权利要求1所述的排气混合器，其中所述第一区段和第三区段是旋转对称的，并且进一步包含六边形横截面。

5.根据权利要求1所述的排气混合器，其中所述第二区段和第四区段的所述多个泪珠形状的突出物包括从所述排气混合器的中心轴线相等地间隔开的四个突出物，并且其中所述第二区段和第四区段不具有中心突出物。

6.根据权利要求1所述的排气混合器，其中所述第二区段和第四区段包含矩形横截面。

7.根据权利要求1所述的排气混合器，其中所述第一区段和第三区段的所述突出物与所述第二区段和第四区段的所述突出物相同。

8.根据权利要求1所述的排气混合器，其中所述泪珠形状的突出物包含单个的尖的顶端。

9.一种混合器，其包含：

具有六边形横截面的第一区段和第三区段，其均包含在空间上由六个外部突出物环绕的中心突出物，并且所述第一区段和第三区段是旋转对称的；

具有矩形横截面的第二区段和第四区段，其均包含没有中心突出物的四个突出物；

其中所述外部突出物、所述中心突出物以及所述四个突出物均为包含尖的顶端和圆形开口基部的泪珠形状的突出物。

10.根据权利要求9所述的混合器，其中所述第一区段是最上游的区段，之后跟随着所述第二区段、第三区段和第四区段。

11.根据权利要求9所述的混合器，其中所述第一区段、第二区段、第三区段和第四区段的所述突出物是基本相同的。

12.根据权利要求11所述的混合器，其中所述突出物包含顶端和直径，其中所述直径从所述顶端增加直至它到达最大直径，并且其中所述直径从所述最大直径减小直至它到达所述突出物的基部。

13.根据权利要求12所述的混合器，其中所述基部是面向下游的圆形开口，所述圆形开口通向所述突出物的中空内部。

14.根据权利要求9所述的混合器，其中所述第二区段的所述突出物在所述第一区段的所述中心突出物与所述外部突出物之间的空间的正下游，并且所述第四区段的所述突出物在所述第三区段的所述中心突出物与所述外部突出物之间的空间的正下游。

15.根据权利要求9所述的混合器，其中所述突出物至少部分地为凸起并且指向与排气流相反的方向。

16.根据权利要求9所述的混合器，其进一步包含混合器管，所述混合器管在空间上环绕所述混合器并且经由支撑件被物理地耦连至所述混合器的每个级，并且其中所述第一区段、第二区段、第三区段和第四区段不与所述混合器管直接接触。

17.一种排气系统，其包含：

发动机，其具有排气管；以及

在所述排气管中的混合器，其包括与排气流平行的上游第一组泪珠形状的突出物以及与排气流平行的、与所述上游的突出物不对齐的下游第二组泪珠形状的突出物；

其中所述泪珠形状的突出物包含尖的顶端和圆形开口基部。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述泪珠形状的突出物具有面向下游的圆形基部开口和面向上游的尖端。

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